JP2011116298A - 電動二輪車の動力ユニットおよび電動二輪車 - Google Patents

電動二輪車の動力ユニットおよび電動二輪車 Download PDF

Info

Publication number
JP2011116298A
JP2011116298A JP2009277134A JP2009277134A JP2011116298A JP 2011116298 A JP2011116298 A JP 2011116298A JP 2009277134 A JP2009277134 A JP 2009277134A JP 2009277134 A JP2009277134 A JP 2009277134A JP 2011116298 A JP2011116298 A JP 2011116298A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnet
power unit
electric motor
electric
rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009277134A
Other languages
English (en)
Inventor
Hidekazu Uchiyama
英和 内山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsuba Corp
Original Assignee
Mitsuba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsuba Corp filed Critical Mitsuba Corp
Priority to JP2009277134A priority Critical patent/JP2011116298A/ja
Publication of JP2011116298A publication Critical patent/JP2011116298A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B60L15/2054Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed by controlling transmissions or clutches
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B60L15/2045Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed for optimising the use of energy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/52Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by DC-motors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/66Arrangements of batteries
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/12Bikes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2220/00Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/40Electrical machine applications
    • B60L2220/46Wheel motors, i.e. motor connected to only one wheel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2220/00Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/50Structural details of electrical machines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40Drive Train control parameters
    • B60L2240/48Drive Train control parameters related to transmissions
    • B60L2240/486Operating parameters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Axle Suspensions And Sidecars For Cycles (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

【課題】電動二輪車の動力ユニットを軽量にすること、動力ユニットに用いられる電動モータのモータ効率を高くする。
【解決手段】電動二輪車の動力ユニット2は、電動二輪車の車体本体に一端部が枢支されているアーム部材12、アーム部材12内に収容されている減速機4、およびアーム部材12に外側から取り付けられている電動モータ3を備える。減速機4は、アーム部材12から外部に突出する入力軸41およびアーム部材12の他端部12bから突出する出力軸43を有する。そして、入力軸41にはアーム部材12の外側から電動モータ3が取付られ、出力軸43には駆動輪Wrが取り付けられている。電動モータ3は、アウターロータ型電動モータであり、ロータ34に取り付けられている磁石36は、磁束密度がネオジ系磁石に比して低いフェライト磁石である。
【選択図】図2

Description

この発明は、電動二輪車の動力ユニットおよび電動二輪車に関するものである。
電動二輪車は、車両本体の前方に操舵輪となる前輪と、車両本体の後方に駆動輪となる後輪を備え、駆動輪である後輪の動力源として電動モータを備える。この電動モータとして、駆動輪の内側に存在するデッドスペースを活用すべく、特許文献1に示すように、駆動輪の内側に配置されるインホイール形式の電動モータ(インホイールモータ)が採用されている。このインホイールモータが用いられる動力ユニットにおいては、一般に、減速機を用いずに直接に駆動輪を駆動する所謂ダイレクドライブ方式が採用されている。
電動二輪車に用いられる電動モータとしては、高耐久性のために摩擦摺動部材であるブラシを用いないブラシレスモータが用いられる。このブラシレスモータは、制御電流が供給され回転磁界を形成するステータと、2以上の磁極を形成する磁石を有し、ステータに対し回転自在に配置されるロータとを備える。そして、電動二輪車に用いられる電動モータは、高出力化のために、磁石が形成する磁束密度を大きくすることできる磁石材料として、希土類(レアアース)を用いたネオジウム系磁石などの希土類磁石が用いられている。
特開2005−289323号公報
しかしながら、上述の従来技術にあっては、ダイレクトドライブ方式を採用し、駆動輪を直接に回転するためにロータの回転トルクを大きくする必要がある。そのため、電動モータの外径を大きくする必要があり、駆動輪内のデッドスペースの略全体を占める大型のブラシレスモータが用いられている。そのため、動力ユニットの重量が大きくなってしてしまい、動力ユニットが搭載される電動二輪車の総重量が増大することとなる。このように、電動二輪車の総重量が増大すると電動二輪車を駆動するための消費電力が大きくなり、電動二輪車の航続距離を長くすることができない。
また、上記のブラシレスモータには、高出力化のために磁束密度の大きい希土類磁石としてネオジウム系磁石が用いられている。このネオジウム系磁石は、ネオジウムという希少な金属材料であり、ネオジウムを産出する地域から安定した供給がなされないことが危惧されている。さらに、ネオジウムは単位体積当たりの価格が高い金属材料であり、ネオジウム系磁石を用いることにより電動モータのコストが高くなり、特に、インホイールモータのように大型の電動モータの場合には、使用されるネオジウム系磁石の総体積が大きくなるため高価格となる。
さらに、磁石を備えるロータが回転駆動する際、磁石から生じる磁束によりモータ内に鉄損が生じる。この鉄損は「ヒステリシス損」および「渦電流損」から構成され、ロータのバックヨーク内およびステータコア内にて生じる。そして、「ヒステリシス損」および「渦電流損」のいずれも、磁石から生じる磁束における磁束密度の2乗に比例する。
このため、磁束密度の大きい希土類磁石が用いられているブラシレスモータにおいては、この磁石から生じる磁束による鉄損が大きく、この鉄損によるモータ損失のためモータ
効率が低くなっている。
また、この鉄損は、回転するロータの回転速度の大きさの増大とともに増大し、磁束に起因する「ヒステリシス損」は回転速度の大きさに比例し、同じく磁束に起因する「渦電流損」は回転速度の大きさの2乗に比例する。電動二輪車の動力源として用いられる電動モータは、高速回転域で使用されることが多い。そのため、電動二輪車の動力ユニットに用いられる電動モータにおいては、特に、磁束の大きさに起因する鉄損を低減させることが求められる。
そこで、この発明の目的は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、電動二輪車の動力ユニットを軽量にすること、動力ユニットに用いられる電動モータのモータ効率を高くすこと、および前記した動力ユニットを備える電動二輪車を提供することである。
上記の課題を解決するために、請求項1に記載の電動二輪車の動力ユニットは、ステータと、複数の磁極が形成された磁石を有するとともに前記ステータに対し回転自在に配置されたロータとを有する電動モータを備えるとともに、前記ロータの回転により回転する駆動輪が取り付けられる電動二輪車の動力ユニットにおいて、前記動力ユニットは、前記電動モータの前記ロータと前記駆動輪とを連係し、前記ロータの回転を減速し、減速された回転を前記駆動輪に伝動する減速機を備え、前記電動モータの前記ロータは、前記磁石が内周面に設けられている円環形状のロータヨークを備え、前記磁石が前記ステータの径方向外側に対向する位置に配置され、前記ロータの回転が前記減速機により減速され、減速された回転により、前記駆動輪を回転することを特徴とする。
上記の電動二輪車の動力ユニットでは、電動モータと駆動輪との間を動力的に連係し、電動モータのロータの回転を減速し、減速された回転を駆動輪に伝動する減速機が用いられている。また、電動モータは、ロータに備わる円環形状のロータヨークの内周面に磁石が設けられており、磁石がステータの径方向外側に配置され、ステータの外側にてロータ回転するアウターロータ型電動モータとなっている。
動力ユニットにおいて、ダイレクトドライブ方式でなく減速機を介して駆動輪を回転駆動させる電動モータは、ダイレクトドライブ方式の電動モータに比べて大きな回転トルクで回転する必要がなくなる、その結果、電動モータの大きさおよび重量を大幅に小さくすることができ、本発明の電動モータは外径寸法の小さい小型電動モータとなる。そのため、減速機が新たに加えられたとしても、ダイレクト方式の駆動装置に対して、この小型電動モータと減速機とを組み合わせた駆動装置のほうが遥かに小型で軽量となる。
また、上記の小型電動モータは、ダイレクトドライブ方式に用いられる大型の電動モータに対して低トルク高回転型のモータとなり、磁石が取り付けられているロータは高い回転数で回転する。例えば、小型電動モータのロータは、定格出力において数千rpm(8000rpm)以上の高い回転数で回転する。
高い回転数でロータが回転する場合、電動モータがインナーロータ型である場合には、ロータの外周面に磁石が取り付けられているため、ロータの回転遠心力により磁石が飛散しないように磁石の外部から円環で覆う等の別途の手段が講じられる必要がある。しかしながら、本発明の電動モータは、アウターロータ型でありロータヨークの内周面に磁石が取り付けられており、ロータが高速で回転し大きな回転円心力が磁石に作用したとしても、ロータヨークが磁石を径方向外側から内側に保持できる構造となっているため、遠心力への対策として別途の手段が講じられる必要がなく、部品点数の増加とならない。
このように、本発明の電動二輪の動力ユニットは、小型電動モータと減速機とを組み合せた小型で軽量な駆動装置が用いられているため軽量である。
さらに、請求項2に記載の電動二輪車の動力ユニットは、磁石の磁極数は12極以上であることを特徴する。磁石の磁極数を12極以上の多極とした電動モータの場合、極数の少ない磁石に対し1磁極あたりの周方向長さ(極弧長さ)を短くすることができる。ロータヨークを流れる磁束の磁束量は、磁束密度と周方向長さとの積に比例するため、1磁極あたりの周方向長さ(極弧長さ)が短くなることにより、磁石からロータヨークに流れる磁束の磁束量を少なくすることができる。そのため、ロータヨークの径方向の厚さを薄くしても磁気飽和することがなく、ロータヨークの厚さを薄くすることができる。
また、磁石の性能を低下させる減磁作用は、磁石の径方向の厚さが厚いほど抑制することができる。一方、この減磁作用は、1磁極あたりの周方向長さ(極弧長さ)が短い場合には、磁石の厚さを薄くしても抑制することができる。したがって、磁石の磁極数を12極以上の多極とした電動モータの場合、1磁極あたりの周方向長さ(極弧長さ)が短くなるため、磁石の厚さを薄くしても減磁作用を有効の抑制することができ、磁石の厚さを薄くすることができる。
以上より、本発明のように、磁石の磁極数を12極以上の多極とした場合、ロータヨークおよび磁石の厚さをともに薄くすることができるため、電動モータの小型・軽量化が図られる。これにより、上記の電動モータを搭載した電動二輪車の動力ユニットは更に軽量なものとなる。
さらに、請求項3に記載の電動二輪車の動力ユニットは、前記電動モータに備わる前記磁石はフェライト磁石であることを特徴する。フェライト磁石は、磁束密度が数千G程度(3000〜4000G)であり、磁束密度が一万G以上のネオジ系磁石に比して磁束密度が低い。上記のように、モータ効率を低下させる鉄損は、磁石による磁束の磁束密度の大きさの2乗に比例する。
そのため、磁束密度がネオジ系磁石に対して低いフェライト磁石を用いた場合、鉄損を低減させることができ、その結果、モータ効率を向上させることができる。特に、高速で回転する電動二輪車に用いられる電動モータにおいては、磁石からの磁束により回転速度に依存した鉄損が生じる。そのため、磁束密度が低いフェライト磁石を高速で回転する電動モータに採用するは、モータ効率の向上に多大に貢献する。
請求項4に記載の電動二輪車の動力ユニットは、請求項1乃至3のいずれかに記載の電動二輪車において、一端部が前記電動二輪車の車両本体に枢支されているとともに、他端部に前記駆動輪が取り付けられ、内部に設けられた収容部に前記減速機が収容されているアーム部材を備え、さらに、請求項5に記載の電動二輪車の動力ユニットは、前記減速機は、入力軸と、前記入力軸の回転に対して減速された回転で回転し、前記駆動輪が取り付けられている出力軸を備え、前記電動モータは、前記アーム部材に対し外側から前記入力軸に取り付けられることを特徴とする。
上記のように、電動二輪車は、一般に、車体本体に一端部が回転自在に枢支されるとともに他端部に駆動輪が取り付けられるアーム部材を備える構成が採用されている。そして、このアーム部材の内部に設けられた収容部に減速機が収容されることにより、動力ユニットは小型な構成となる。
また、本発明の動力ユニットにおいて、減速機は、アーム部材から外部に向けて突出する入力軸と、アーム部材の他端部から外部に向けて突出するとともに入力軸の回転に対し
て減速された回転で回転し、駆動輪が取り付けられている出力軸を備えている。そして、アーム部材から外部に向けて突出する入力軸に電動モータが外部から取り付けられる構造となっている。
一般に、エンジンで駆動する自動二輪車としてのエンジン式スクータも、上記のように、アーム部材内に減速機を備え、アーム部材から外部に向けて突出する入力軸とアーム部材の他端部から外部に向けて突出するとともに駆動輪が取り付けられている出力軸とを有する。そして、入力軸にエンジンからの動力がプーリー等の機構を介して伝達される。本発明の動力ユニットは、エンジンからの動力が伝達される入力軸にエンジンおよびエンジンからの機構に代替して電動モータを外部から直接に取り付けることが可能である。
そのため、エンジン式スクータと電動二輪車の設計において、アーム部材および減速機等の部品を共通化して、エンジン式スクータと電動二輪車をそれぞれ設計することが可能である。さらに、エンジン式スクータのエンジン等を取り除き、電動モータを減速機の入力軸に代替して取り付けることで、エンジン式スクータを電動二輪車に改造することも容易である。また、電動モータをアーム部材の外部から取り付けする構成としているため、電動二輪車の仕様に応じて、外径寸法および出力性能の異なる電動モータを選定して取り付けることも可能である。
さらに、請求項6に記載の電動二輪車の動力ユニットは、前記電動モータの前記ステータは、径方向外側に向けて突出するとともに巻線が集中巻きにて巻装されている複数のステータティースを備え、前記磁石の磁極数と前記ステータティースのティース数の比が、2対3であることを特徴とする。このように、磁極数Pnとティース数Tnの比が2対3(Pn:Tn=2:3)の電動モータは、広く一般に用いられているため、汎用性が高い。
一方、さらに、請求項7に記載の電動二輪車の動力ユニットは、前記電動モータの前記ステータは、径方向外側に向けて突出するとともに巻線が集中巻きにて巻装されている複数のステータティースを備え、前記磁石の磁極数と前記ステータティースのティース数の比が、8対9であることを特徴とする。このように、磁極数Pnとティース数Tnの比が8対9(Pn:Tn=8:9)の電動モータは、コギングトルクの大きさを小さくすることができるため、電動二輪車を操作者が駐輪時等に引き回すときに少ない力で引き回すことが可能である。
また、請求項8に記載の電動二輪車は、請求項1乃至7のいずれかに記載の動力ユニットを備える。
本発明によれば、本発明の電動二輪の動力ユニットは、小型の電動モータと減速機とを組み合せた小型で軽量な駆動装置が用いられているため軽量である。また、磁束密度が低いフェライト磁石を電動モータに採用しているため、鉄損の低減が図られモータ効率が高い。
本発明の実施形態における電動二輪車の斜視図である。 本発明の実施形態における動力ユニットの断面図である。 本発明の実施形態における電動モータの横断面図である。 本発明の他の実施形態における電動モータの横断面図である。
次に、この発明の実施形態における電動二輪車について図1に基づいて説明する。図1に示すように、本発明の実施形態である電動二輪車1は、スクータタイプである。電動二輪車1は、車両本体11と、車両本体11の前方に配置されている操舵輪である前輪Wrと、車体本体11の後方に配置されている動力ユニット2と、バッテリBTおよびコントローラECUと、を備える。
動力ユニット2は、一端12aが車両本体11に揺動自在に枢支されているアーム部材12と、アーム部材12の他端12bに回転自在にとりつけられている駆動輪である後輪Wrと、アーム部材12に対し外側から取り付けされている電動モータ3と、アーム部材12内に配置されている減速機4と、を備える。そして、バッテリBTから電動モータ3に対し、コントローラECUからの指令信号に基づき制御電流が供給される。
次に、本実施形態における動力ユニット2について図2に基づいて説明する。動力ユニット2は、電動モータ3と減速機4から構成される駆動装置60と、駆動装置60が取り付けられるアーム部材12とを備える。アーム部材12の内部には、中空形状の収容部12cが形成されており、この収容部12c内に減速機4が収容されている。
減速機4は、第1ギヤ41aが一体的に形成されている入力軸41、第2および第3ギヤ(42a,42b)が一体的に形成されている中間軸42および第4ギヤ43aが一体的に形成されている出力軸43を備え、第1および第2ギヤ(41a,42a)は互いに噛合し、第3および第4ギヤ(42b,43a)は互いに噛合している。そして、入力軸41はアーム部材12から外部に向けて突出するとともに、出力軸43はアーム部材12の他端部12bから外側に向けて突出している。アーム部材12には複数の軸受(44〜50)が設けられており、入力軸41は軸受(44,45)により、中間軸42は軸受(46,47)により、出力軸43は軸受(48〜50)により、アーム部材12に対しそれぞれ回転自在に軸支されている。
減速機4において、第1ギヤ41aの歯数は、第2ギヤ42aの歯数に対して小さな値に設定され、第3ギヤ42bの歯数は、第4ギヤ43aの歯数に対して小さな値に設定されている。そのため、入力軸41の回転は、中間軸42から出力軸43に向けて互いに減速される。なお、本実施の形態においては、減速機4の減速比は約10程度に設定されている。そして、減速機4の出力軸43には、後輪WrのホイールWr1が一体的に連結されている。
次に、動力ユニット2に備わる電動モータ3について、図2および図3に基づき説明する。電動モータ2は、ステータ31とロータ34とを備えている。ステータ31は、径方向外側に向けて一体的に突出する18個のステータティース32aを有するステータコア32と、ステータコア32に巻装されているコイル33を備えている。コイル33は、それぞれ6つのU相、V相およびW相巻線(U,V,W)から構成されており、巻線(U,V,W)は、周方向にU相、V相およびW相巻線(U,V,W)の順に、それぞれ集中巻きにて各ティース32aに巻装されている。
そして、ステータ31は、取付カラー51をステータ31とアーム部材12との間に挟み、ナット(SC,SC)によりアーム部材12に外側から取り付けられている。
ロータ34は、円環形状のロータヨーク35aが一体形成されている有底円筒形状のロータ本体35と、ロータヨーク35aの内周面に等ピッチで取り付けられている12個の磁石片36aから構成される磁石36とを有する。磁石片36は、円周方向に交互に異なる磁極を形成するように配置されており、12個の磁石片36aから構成される磁石36の磁極数は12極となっている。そして、磁石36がステータ31の径方向外側に対向する位置に配置される状態にてロータ34は配置され、ロータ34は、ステータ31の外側
にて回転する。すなわち、電動モータ3は、所謂アウターロータ型電動モータである。
ロータ34のロータ本体35には固定部材37が一体的に取り付けられている。そして、内周面がテーパ形状になっている固定部材37の取付部37aが、テーパ形状に形成されている入力軸41の先端部41bにテーパ嵌合するとともに、ボルト38により固定部材37と入力軸41とが一体的に締結されている。このように、入力軸41に固定部材37が締結することにより、ステータ31と同様にロータ34もアーム部材12に対し外部から取り付けられる。すなわち、電動モータ3は、アーム部材12に対し外部から取り付けられることになる。
電動モータ3には、ロータ34の回転を検出する回転センサ39が設けられている。この回転センサ39からの回転信号がコントローラECUに供給され、この回転信号に基づくコントローラECUからの指令信号に基づき、バッテリBTから電動モータ3に対し、制御電流が供給される。そして、この制御電流により電動モータ3のロータ34は回転する。
ロータ34に取り付けられロータ34とともに回転する入力軸41の回転は、減速機4により減速され、減速された回転で出力軸43が回転する。そして、出力軸43に取り付けられている駆動輪Wrは、電動モータ3のロータ34の回転に対して減速された回転で回転動作を行う。
本実施の形態では、磁石36の磁極数とステータティース32aのティース数がそれぞれ「12」と「18」であり、磁石36の磁極数とステータティース32aのティース数の比が2対3である。しかしながら、磁極数とティース数は、「12」と「18」に限定されないことはいうまでもなく、2対3の関係であれば「14」と「21」、「16」と「24」等であってよい。また、本実施の形態では、電動二輪車の動力ユニットが示されているが、電動二輪車の動力ユニットに限られないことは言うまでもなく、電動4輪車およびハイブリッド方式の電動4輪車等、電動車両の動力ユニットであってよい。
次に、本発明の電動二輪車1の動力ユニット2の有する効果について説明する。
(1)本発明の電動二輪車1の動力ユニット2では、電動モータ3と駆動輪Wrとの間を動力的に連係し、電動モータ3のロータ34の回転を減速し、減速された回転を駆動輪Wrに伝動する減速機4が用いられている。
そのため、ダイレクトドライブ方式の電動モータに比べて大きな回転トルクで回転する必要がなくなる。その結果、電動モータの大きさおよび重量を大幅に小さくすることができ、本発明の電動モータは外径寸法の小さい小型の電動モータとなる。そのため、減速機4が新たに加えられたとしても、ダイレクト方式の駆動装置に対して、この小型の電動モータ3と減速機4とを組み合わせた駆動装置60のほうが遥かに小型で軽量となる。
(2)本発明の電動二輪車1の動力ユニット2では、アウターロータ型電動モータが用いられている。
そのため、高い回転数でロータが回転する場合でも、ロータヨーク35aの内周面に磁石36が取り付けられており、ロータ34が高速で回転し大きな回転円心力が磁石36に作用したとしても、ロータヨーク34が磁石36を径方向外側から内側に保持できる構造となっている。その結果、遠心力への対策として別途の手段が講じられる必要がなく、部品点数の増加とならない。
(3)本発明の電動二輪車1の動力ユニット2では磁石の磁極数を12極以上の多極とした電動モータ3である。
磁石の磁極数を多極とした電動モータ3は、極数の少ない磁石に対し1磁極あたりの周方向長さ(極弧長さ)を短くすることができる。ロータヨークを流れる磁束の磁束量は、磁束密度と周方向長さとの積に比例するため、1磁極あたりの周方向長さ(極弧長さ)が短くなることにより、磁石からロータヨークに流れる磁束の磁束量を少なくすることができる。そのため、ロータヨークの径方向の厚さを薄くしても磁気飽和することがなく、ロータヨークの厚さを薄くすることができる。
また、磁石の性能を低下させる減磁作用は、磁石の径方向の厚さが厚いほど抑制することができる。一方、この減磁作用は、1磁極あたりの周方向長さ(極弧長さ)が短い場合には、磁石の厚さを薄くしても抑制することができる。したがって、磁石の磁極数を12極以上の多極とした電動モータの場合、1磁極あたりの周方向長さ(極弧長さ)が短くなるため、磁石の厚さを薄くしても減磁作用を有効の抑制することができ、磁石の厚さを薄くすることができる。これにより、電動モータ3を搭載した電動二輪車1の動力ユニット2は更に軽量なものとなる。
(4)電動二輪車1の動力ユニット2は、電動モータ3に備わる磁石36としてフェライト磁石が用いられている。
フェライト磁石は、磁束密度が数千G程度(3000〜4000G)であり、磁束密度が一万G以上のネオジ系磁石に比して磁束密度が低い。そのため、磁束密度がネオジ系磁石に対して低いフェライト磁石を用いた場合、鉄損を低減させることができ、その結果、モータ効率を向上させることができる。特に、高速で回転する電動二輪車に用いられる電動モータ3においては、磁石36からの磁束により回転速度に比例した鉄損が生じる。そのため、磁束密度が低いフェライト磁石を、高速で回転する電動モータに採用するは、モータ効率の向上に多大に貢献する。
また、ネオジ系磁石に用いられるネオジウムは、それ自体が導体である。そのため、ロータヨーク等のみならずネオジ系磁石自体にも、渦電流などに基づく鉄損が発生する。それに対し、フェライト磁石は、それ自体が絶縁体である。そのため、渦電流などに基づく鉄損は殆ど発生しない。その結果、フェライト磁石を用いた電動モータにおいて、磁石自体において生じる鉄損をも抑制でき、モータ効率は大幅に向上する。
次に、本発明の他の実施形態の動力ユニットに用いられる電動モータ300について図4に基づき説明する。他の実施形態の電動モータ300は、ロータ340に異なり、その他の部分は、電動モータ3と同一である。従って、ロータ340について説明し、その他の部分については同じ符号を付し説明を省略する。
ロータ340は、円環形状のロータヨーク350aが一体形成されている有底円筒形状のロータ本体350と、ロータヨーク350aの内周面に等ピッチで取り付けられている16個の磁石片360aから構成される磁石360とを有する。磁石片360は、円周方向に交互に異なる磁極を形成するように配置されており、16個の磁石片360aから構成される磁石360の磁極数は16極となっている。そして、磁石360がステータ31の径方向外側に対向する位置に配置される状態にてロータ34は配置され、ロータ34は、ステータ31の外側にて回転する。
本実施の形態では、磁石360の磁極数Pnとステータティース32aのティース数Tnがそれぞれ「16」と「18」であり、磁石360の磁極数とステータティース32aのティース数の比が8対9である。このように、磁極数Pnとティース数Tnの比が8対9(Pn:Tn=8:9)の電動モータは、コギングトルクの大きさを小さくすることができるため、電動二輪車を操作者が駐輪時等に引き回すときに少ない力で引き回すことが可能である。しかしながら、磁極数Pnとティース数Tnは、「16」と「18」に限定されないことはいうまでもなく、8対9の関係であれば「24」と「27」、「32」と
「36」等であってよい。
1 電動二輪車
2 動力ユニット
3 電動モータ
4 減速機
11 車両本体
12 アーム部材
12a 一端部
12b 他端部
12c 収容部
13 緩衝部材
31 ステータ
32 ステータコア
32a ティース
33 巻線
34 ロータ
35 ロータ本体3
35a ロータヨーク
36 磁石
36a 磁石片
37 固定部材
37a 取付部
38 ボルト
39 回転センサ
41 入力軸
41a 第1ギヤ
42 中間軸
42a 第2ギヤ
42b 第3ギヤ
43 出力軸
43a 第4ギヤ
43b 固定部
44〜50 軸受
51 取付カラー
60 駆動装置
340 ロータ
350 ロータ本体3
350a ロータヨーク
360 磁石
360a 磁石片
BT バッテリ
ECU コントローラ
Wf 前輪(操舵輪)
Wr 後輪(駆動輪)

Claims (8)

  1. ステータと、複数の磁極が形成された磁石を有するとともに前記ステータに対し回転自在に配置されたロータとを有する電動モータを備えるとともに、前記ロータの回転により回転する駆動輪が取り付けられる電動二輪車の動力ユニットにおいて、
    前記動力ユニットは、前記電動モータの前記ロータと前記駆動輪とを連係し、前記ロータの回転を減速し、減速された回転を前記駆動輪に伝動する減速機を備え、
    前記電動モータの前記ロータは、前記磁石が内周面に設けられている円環形状のロータヨークを備え、前記磁石が前記ステータの径方向外側に対向する位置に配置され、前記ロータの回転が前記減速機により減速され、減速された回転により、前記駆動輪を回転することを特徴とする電動二輪車の動力ユニット。
  2. 前記電動モータに備わる前記磁石の磁極数は12極以上であることを特徴する請求項1に記載の電動二輪車動力ユニット。
  3. 前記電動モータに備わる前記磁石はフェライト磁石であることを特徴する請求項2に記載の電動二輪車の動力ユニット。
  4. 前記動力ユニットは、一端部が前記電動二輪車の車両本体に枢支されているとともに、他端部に前記駆動輪が取り付けられ、内部に設けられた収容部に前記減速機が収容されているアーム部材を備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の電動二輪車の動力ユニット。
  5. 前記減速機は、入力軸と、前記入力軸の回転に対して減速された回転で回転し、前記駆動輪が取り付けられている出力軸を備え、前記電動モータは、前記アーム部材に対し外側から前記入力軸に取り付けられることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の電動二輪車の動力ユニット。
  6. 前記電動モータの前記ステータは、径方向外側に向けて突出するとともに巻線が集中巻きにて巻装されている複数のステータティースを備え、前記磁石の磁極数と前記ステータティースのティース数の比が、2対3であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の電動二輪車の動力ユニット。
  7. 前記電動モータの前記ステータは、径方向外側に向けて突出するとともに巻線が集中巻きにて巻装されている複数のステータティースを備え、前記磁石の磁極数と前記ステータティースのティース数の比が、8対9であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の電動二輪車の動力ユニット。
  8. 請求項1乃至7のいずれかに記載の動力ユニットを備える電動二輪車。
JP2009277134A 2009-12-07 2009-12-07 電動二輪車の動力ユニットおよび電動二輪車 Pending JP2011116298A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009277134A JP2011116298A (ja) 2009-12-07 2009-12-07 電動二輪車の動力ユニットおよび電動二輪車

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009277134A JP2011116298A (ja) 2009-12-07 2009-12-07 電動二輪車の動力ユニットおよび電動二輪車

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011116298A true JP2011116298A (ja) 2011-06-16

Family

ID=44282149

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009277134A Pending JP2011116298A (ja) 2009-12-07 2009-12-07 電動二輪車の動力ユニットおよび電動二輪車

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011116298A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016130041A (ja) * 2015-01-13 2016-07-21 株式会社ミツバ 電動駆動装置および電動二輪車
JP2018019521A (ja) * 2016-07-28 2018-02-01 ナブテスコ株式会社 ギア装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002044927A (ja) * 2000-07-21 2002-02-08 Honda Motor Co Ltd ブラシレスモータ
JP2002356190A (ja) * 2001-05-31 2002-12-10 Honda Motor Co Ltd 電動補助自転車
JP2005198437A (ja) * 2004-01-08 2005-07-21 Honda Motor Co Ltd 電動車両
JP2009095078A (ja) * 2007-10-04 2009-04-30 Mitsuba Corp 可変界磁モータ装置および可変界磁モータ装置を備えた自動二輪車
JP2009284726A (ja) * 2008-05-26 2009-12-03 Mitsuba Corp 電動二輪車用モータ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002044927A (ja) * 2000-07-21 2002-02-08 Honda Motor Co Ltd ブラシレスモータ
JP2002356190A (ja) * 2001-05-31 2002-12-10 Honda Motor Co Ltd 電動補助自転車
JP2005198437A (ja) * 2004-01-08 2005-07-21 Honda Motor Co Ltd 電動車両
JP2009095078A (ja) * 2007-10-04 2009-04-30 Mitsuba Corp 可変界磁モータ装置および可変界磁モータ装置を備えた自動二輪車
JP2009284726A (ja) * 2008-05-26 2009-12-03 Mitsuba Corp 電動二輪車用モータ

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016130041A (ja) * 2015-01-13 2016-07-21 株式会社ミツバ 電動駆動装置および電動二輪車
JP2018019521A (ja) * 2016-07-28 2018-02-01 ナブテスコ株式会社 ギア装置
CN107664175A (zh) * 2016-07-28 2018-02-06 纳博特斯克有限公司 齿轮装置
KR20180013721A (ko) * 2016-07-28 2018-02-07 나부테스코 가부시키가이샤 기어 장치
TWI746600B (zh) * 2016-07-28 2021-11-21 日商納博特斯克股份有限公司 齒輪裝置
KR102390832B1 (ko) * 2016-07-28 2022-04-26 나부테스코 가부시키가이샤 기어 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100947518B1 (ko) 다단 회전자를 구비한 코어리스 모터 및 그 모터를 사용한구동장치
US20060138879A1 (en) Electric wheel
US9308965B2 (en) Electric wheel hub drive for a vehicle, in particular a bicycle, including a stator with an ironless hollow cylindrical stator winding
JP5848357B2 (ja) 円盤回転子電気モータ、および円盤回転子モータを備える電動自転車またはペデレック
JP2010183781A (ja) モータジェネレータ
US8106558B2 (en) Three-phase magneto generator and transport apparatus
US20200114752A1 (en) Wheel hub motor for electric vehicle
US10625819B2 (en) Construction of motorized wheel for vehicle motorization
US20130119809A1 (en) Brushless dc motorization apparatus
JP2009284726A (ja) 電動二輪車用モータ
JP2010183648A (ja) 永久磁石回転電機及びそれを用いた電動車両
JP2008054419A (ja) モータ制御システム
JP2011116298A (ja) 電動二輪車の動力ユニットおよび電動二輪車
JP2007190945A (ja) 電動車両用のインホイールモータ
TWI525964B (zh) 同步型驅動馬達及驅動單元
JP6385300B2 (ja) ハブダイナモおよびハブダイナモを備えた自転車
JP2009284727A (ja) 電動二輪車用モータ
JP2016167898A (ja) 同期型駆動モータ
JP6088465B2 (ja) 駆動ユニット
KR100946649B1 (ko) 다단 회전자를 구비한 모터 및 그 모터를 사용한 구동장치
CN102882306A (zh) 永磁直流无刷轮毂电机
JP2019058039A (ja) 回転電機
JP2006001516A (ja) 電動車輪及びそれを用いた電動二輪自転車並びに電動一輪車
CN105480371A (zh) 一种驱动电机
KR20090045971A (ko) 축 방향으로 다단 회전자 및 고정자를 구비한 모터, 그모터를 구비한 구동장치

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20121207

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20140325